
- •Розділ 1. Нафта, газ і конденсат
- •1.1. Роль нафти і газу
- •1.2. Сучасний стан нафтогазодобувної промисловості
- •1.3. Каустобіоліти
- •1.4. Нафта
- •1.4.1. Хімічний склад
- •1.4.2. Фізичні властивості
- •1.5. Природний горючий газ
- •1.5.1. Хімічний склад
- •1.5.2 Фізичні властивості
- •Розділ 2. Природне середовище для нафти і газу
- •Колектори нафти і газу
- •2.1 Ємнісно-фільтраційні властивості
- •2.2 Флюїдоупори
- •2.3 Природні резервуари нафти і газу
- •2.4 Пастки нафти і газу
- •2.4.1 Класифікації пасток
- •2.5 Поклади нафти і газу
- •2.5.1. Елементи нафтогазового покладу
- •Газогідратний поклад ге
- •Класифікації покладів нафти і газу
- •8) Газогідратні
- •Родовища нафти і газу
- •Походження нафти і газу
- •Міграція нафти і газу
1.5. Природний горючий газ
Слово “газ” походить від французького “gaz”, грецького “хаос” і німецького “гайст” — дух. Ввів голландець ван Гельмонт. Виділення із надр природного горючого газу одержали у древніх народів назву “вічних вогнів”.
Природний горючий газ (надалі газ) — це горюча корисна копалина бітумного ряду, що являє собою багатокомпонентну газову суміш в основному насичених ВВ з невуглеводневими сполуками.
В земній корі гази знаходяться в таких станах:
а) вільному (самостійні скупчення);
б) розчиненому (в нафті або у воді);
в) розсіяному (сорбованому породами);
г) твердому (газогідратні скупчення).
1.5.1. Хімічний склад
Елементний склад. Основні елементи: вуглець (42–78), водень (14–24), С/Н = 3–4,3. Гетероелементи: азот (до 2–3, іноді до 10 і вище), сірка (1–2, іноді до 25), кисень (до 0,2).
Вуглеводневий склад. В складі природних горючих газів ВВ представлені алканами із загальною формулою СnH2n+2, серед яких виділяють:
– метан СН4, який є обов’язковим і основним компонентом; в надрах знаходиться лише в газоподібному стані;
– гомологи метану (це так звані “важкі вуглеводні”, до яких відносять: етан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10 і пари бензину — пентан С5Н12, гексан С6Н14 і гептан С7Н16; в залежності від температурних умов і тиску в надрах вони знаходяться як в газоподібному стані, так і в рідкому.
Співвідношення і частка вуглеводневих компонентів змінюється в широких межах, проте практично завжди домінує метан. Його вміст у вільному складає, як правило, 85–98, а в газі, розчиненому в нафті, нерідко знижується до 55–65. Частка гомологів метану у вільному газі найчастіше коливається від 0,2 до 7–8 , а в газі, розчиненому в нафті, може досягати 20, а інколи доходити до 50.
За вмістом в газі важких вуглеводнів розрізняють:
а) сухі гази (до 8г/м3); вміст метану в них, як правило, вище 97;
б) пісні гази (8–25г/м3);
в) напівжирні гази (25–75г/м3);
г) жирні гази (більше 75г/м3).
Невуглеводневий склад. Із невуглеводневих сполук головним чином присутні:
– азот, вміст якого звичайно не перевищує 2–3, але зустрічаються родовища, в газах яких вміст азоту досягає 30–50, а іноді і 99;
– вуглекислий газ СО2, вміст якого звичайно змінюється від 0.1 до 5–10 (іноді до 22);
– сірководень Н2S, вміст якого звичайно не перевищує 2–3, але відомі поклади із вмістом сірководню до 25; гази з високим вмістом Н2S є сировиною для одержання майже чистої сірки, яка одержала назву “газова сірка”;
– інертні гази, а саме: гелій (звичайні концентрації до 0.01–0.2, а іноді на прадавніх платформах до 10) і аргон (до 0.01–0.03, іноді до 1);
– вільний водень (від часток процента до 3.5);
– ртуть (на деяких родовищах концентрація становить до 210–4г/м3.
1.5.2 Фізичні властивості
Для підрахунку запасів газу, його використання і розробки покладів важливе значення мають такі фізичні властивості.
1.
Густина.
Звичайно густина газу при нормальних
умовах знаходиться в межах 0,7–1,3 кг/м3,
тобто приблизно в 1000 раз менше, ніж
густина нафти. На практиці часто
використовують відносну густину газу
,
що дорівнює відношенню густини газу г
до густини повітря п
при тому ж тиску і температурі, тобто
=г/п.
Якщо г і п визначаються при нормальних умовах, то п=1,293кг/м3 і =г/1,293.
Відносна густина вуглеводневих газів коливається від 0,554 ( для метану) до 2,006 (для бутану).
Комерційні розрахунки в газовій промисловості проводяться при стандартних фізичних умовах: тиску 0,1МПа і температурі 200С, при яких п=1,205кг/м3.
Густина газу значною мірою залежить від його складу, тиску і температури. Чим жирніше газ (тобто чим більше в ньому важких ВВ), тим більша його густина.
Особливо значний вплив на густину має тиск. Під високим тиском в пласті густина газу наближається до густини легких вуглеводневих рідин і може набувати значення до 300–400 кг/м3.
2. В’язкість. В’язкість вуглеводневих газів незначна, що обумовлює їх високу здатність швидко рухатись в поровому середовищі пластів при наявності перепаду тисків. При нормальних умовах (О0С і 760 мм ртутного стовпчика) динамічна в’язкість метану становить 0,011 мПас (повітря 0,017 мПас), тобто майже в 100 разів нижча, ніж в’язкість води. При однакових умовах в’язкість вуглеводневих газів нижча, ніж в’язкість невуглеводневих газів.
В’язкість газу в залежності від зміни параметрів (тиску і температури), що характеризують його стан, змінюється складним чином. Із збільшенням температури при низьких тисках в’язкість газів збільшується, а при високих тисках — зменшується. При величинах тиску до 4 МПа в’язкість газу мало залежить від тиску, при більш високих тисках — підвищується.
3. Стисливість. Об’єм газів змінюється в залежності від тиску і температури. Вуглеводневі гази стискаються більше, ніж це випливає із рівняння стану ідеального газу Клапейрона–Менделеєва. Особливо значне це відхилення при високих тисках, низьких температурах і для газів з великою густиною. Тому при технологічних розрахунках необхідно вводити поправку на стисливість. Для цього використовується коефіцієнт надстисливості (стисливості) газу Z, під яким розуміють відношення об’ємів реального (пластового) Vр і Vі газів при однакових тиску і температурі, тобто Z=Vp/Vi. Значення коефіцієнту Z залежить від складу газу, температури і тиску і найчастіше знаходиться в межах 0,8–1,2.
4. Молекулярна маса газу, тобто середня маса молекул компонентів виражена в атомних одиницях маси, звичайно коливається в межах 16–20.
5. Розчинність газу в нафті і воді — це здатність газу утворювати в пласті з нафтою або водою однорідну рідку систему. Характеризується коефіцієнтом розчинності газу, який чисельно дорівнює об’єму газу (в м3), що розчиняється в 1м3 рідини при підвищенні тиску на 0,1МПа. За законом Генрі розчинність газу в рідині пропорційна тиску при постійній температурі.
Розчинність газу в нафті збільшується при зростанні тиску і збільшенні в газі частки високомолекулярних компонентів і знижується при підвищенні температури і збільшенні молекулярної маси і густини нафти. При зниженні тиску газ виділяється із нафти, причому у відповідності з розчинністю, спочатку із розчину виділяється найбільш важкорозчинний метан, а потім його гомологи в порядку — етан–пропан–бутан–пентан.
Із невуглеводневих газів досить високу розчинність має вуглекислота (приблизно в 8–10 раз більше розчинності метану), а найбільш низьку — азот.
Розчинність газу в воді значно нижча його розчинності в нафті і залежить від складу газу, мінералізації води, тиску і температури. Вуглеводневі гази розчиняються у воді майже в 10 разів гірше, ніж у нафті. Найбільш розчинні у воді сірководень і вуглекислота. Розчинність газів у воді зменшується із збільшенням мінералізації води, а також із ростом температури і зменшенням тиску.
6. Розчинність нафти в газі. Природні гази вміщують пари рідких вуглеводнів і невуглеводневих сполук. Розчинність легких вуглеводнів, смол та інших компонентів в стиснених газах, що знаходяться під тиском при температурі вище критичної, зумовлює утворення газоконденсатних систем і є важливим